水產(chǎn)蛋白的提取及其改性研究進展

摘要 綜述了水產(chǎn)蛋白的提取方法和物理方法、化學方法、酶法及基因工程等技術(shù)手段在水產(chǎn)蛋白的改性的應用及最新進展。

關(guān)鍵詞 水產(chǎn)蛋白；提取方法；蛋白改性；功能特性

中圖分類號 S986.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）11-03401-03

Abstract The extraction method of aquatic protein and application of modification technologies such as physical， chemical， enzymatic and genetic engineering methods in aquatic protein and uptodate progress were summarized.

Key words Aquatic protein； Extraction method； Protein modification； Functional properties

水產(chǎn)蛋白來源豐富，其所含必需氨基酸種類豐富、營養(yǎng)均衡，有陸地蛋白資源無法替代的優(yōu)越性。作為食物來源和食品成分，由于它們的功能和營養(yǎng)特性，如鮭魚和鱈魚在亞洲國家有潛在的商業(yè)市場。雖然水產(chǎn)蛋白具有一些較好的功能特性，如乳化性和成凝膠能力等，但快速的細菌腐敗、脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)氧化，從而使水產(chǎn)蛋白的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性比脊椎動物蛋白和植物蛋白均低，在蛋白質(zhì)發(fā)生變性以后，它的功能特性也會隨之降低，這很大程度上制約著水產(chǎn)蛋白的廣泛利用。

蛋白質(zhì)原料的質(zhì)量和特征或成品高度依賴于肌肉蛋白的來源和處理過程。為了更好地利用蛋白資源，國內(nèi)外開展了大量提取水產(chǎn)蛋白的研究，但很多方法不同程度導致功能特性的損失，因此，處理的方法專注于留住有價值的功能特性蛋白質(zhì)成為首選目標。蛋白質(zhì)的主要提取方法包括酶解法[1]、加熱浸提法[2]、酸/堿溶解-等電點沉淀法[3]。加熱浸提法和酶解法是較為傳統(tǒng)的方法，現(xiàn)在多用酸堿調(diào)節(jié)法提取分離蛋白。同時由于蛋白原料本身的性質(zhì)，選擇較好的提取方法，盡量減少蛋白的變性和功能特性的損失，一些蛋白的功能特性還是不能較好地用于食品加工中，因此，為了擴寬水產(chǎn)蛋白的加工利用范圍，采用一些蛋白改性手段，加強或弱化一些功能特性，便于水產(chǎn)蛋白的更好利用。筆者在此對國內(nèi)外有關(guān)水產(chǎn)蛋白的提取以及改性技術(shù)的應用進行總結(jié)。

1 水產(chǎn)蛋白提取方法

1.1 水浸提法

水浸提法提取蛋白是一種傳統(tǒng)方法，通常采用熱水浸提，能較完全提取蛋白質(zhì)，但對蛋白質(zhì)有一定的熱變性影響。Sathivel等采用熱水浸提法提取比目魚和鯡魚的蛋白，并研究其功能特性，發(fā)現(xiàn)提取的蛋白有較好的營養(yǎng)價值和功能特性[4]。2006年Sathivel等又采用此法提取細鱗大馬哈魚和紅大馬哈魚頭蛋白[5]。隨后Sathivel研究的熱水浸提鱈魚蛋白[6]和鯰魚蛋白[7]均證明了熱水浸提蛋白得率較高。

1.2 有機溶劑萃取法

利用有機溶劑從與其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分離出來的方法稱之為有機溶劑液液萃取法。它是一種把物質(zhì)從一個液相轉(zhuǎn)移到另一個液相的傳質(zhì)過程，常用的有機溶劑有丙酮、乙醇和正乙烷等。葉銘宇用共沸的仲丁醇作為龍頭魚水解液中苦味膚的萃取劑，能較好地提取出苦味肽，提取率較高[8]。高濃度的TCA會導致蛋白嚴重變性，而有機溶劑使草魚的肌漿蛋白的沉淀相對更徹底，如丙酮對蛋白的作用就較溫和，不致引起蛋白變性[9]。

1.3 酶法

酶法抽提水產(chǎn)蛋白是利用蛋白酶對蛋白的降解和修飾作用，使其變成可溶的肽類而被提取出來，酶法水解生產(chǎn)蛋白條件溫和、提取率較高，酶解經(jīng)常是一種不減弱食品蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值，且又獲得更好食品蛋白質(zhì)功能特性的簡便方法，其中部分蛋白質(zhì)分解成多種氨基酸和許多小肽段。趙海英等采用以酶法為主、熱水浸提和酸法浸提為輔的方法提取鱈魚皮膠原蛋白[10]。Shahidi等用堿性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解毛鱗魚蛋白，并研究酶解物的特性[11]。Foh等用若干商業(yè)蛋白酶酶法處理非洲鯽魚，并發(fā)現(xiàn)酶解物含有豐富的氨基酸和小肽[12]。Ramon等采用堿性蛋白酶對太平洋鱈魚進行酶解，酶解物具有較好的功能特性，為其成為食品加工原料提供理論依據(jù)[13]。Balti等利用酶法提取烏賊蛋白，研究其凝膠特性和乳化性，結(jié)果表明酶解物有較好的乳化性及乳化穩(wěn)定性[14]。

1.4 酸堿調(diào)節(jié)法

根據(jù)溶解性與酸堿度的關(guān)系，在加入適量酸或堿，調(diào)節(jié)pH至一定范圍，使所要提取的成分溶解或析出，以達到提取分離的目的。酸/堿溶解-等電點沉淀法是1997年Hultin等首先提出的提取蛋白的新方法[15]，因其制備的蛋白質(zhì)變性程度低、回收率高、功能特性好等廣泛用于蛋白質(zhì)的提取中。劉俊榮等用pH調(diào)節(jié)法制備羅非魚分離魚蛋白，結(jié)果表明pH調(diào)節(jié)法制備的羅非魚分離魚蛋白具有回收效果好、功能性強的特點[16]。劉慧清等以羅非魚頭為原料，采用加熱浸提、酶法水解、酸/堿溶解-等電點沉淀法提取魚蛋白，發(fā)現(xiàn)酸/堿溶解-等電點沉淀法可用于制備營養(yǎng)價值高、乳化特性相對較好的魚分離蛋白[17]。Hordur等用酸堿調(diào)節(jié)法提取鱈魚肌肉蛋白，得到較好功能特性的鱈魚蛋白[18]。Tadpitchayangkoon等通過酸堿調(diào)節(jié)法提取鯰魚中的肌漿蛋白，發(fā)現(xiàn)酸處理對比堿處理的肌漿蛋白有更嚴重的蛋白變性，改變蛋白的熱特性和流變性[19]。

1.5 復合溶劑提取法

根據(jù)蛋白溶解性的不同來提取蛋白，這種方法使用水或磷酸鹽緩沖液，能很好地提取水溶性蛋白、鹽溶性蛋白和不溶性蛋白，且對蛋白本身的性質(zhì)影響較小，越來越多的研究者選擇此法來提取各蛋白組分。

在1979年，Kanchisa就根據(jù)蛋白溶解性的差異，用低濃度的磷酸鹽緩沖液提取水溶性蛋白，用三氯乙酸沉淀水溶性蛋白中的肌漿蛋白，用高鹽濃度的緩沖液提取肌原纖維蛋白，并用0.1 mol/L NaOH提取堿溶性蛋白、剩下的肌基質(zhì)蛋白[20]。Zheng等用冰水直接提取馬氏珠母貝中的肌漿蛋白，并用NaCl提取其中的肌原纖維蛋白，試驗證明有良好的提取效果[21]。Birkeland等以太平洋鮭魚為原料，用冰水提取水溶性蛋白和1M氯化鈉溶液提取鹽溶性蛋白[22]。任嬌艷用含高鹽濃度的KCl的磷酸鹽緩沖液提取草魚中的肌原纖維蛋白[9]。丁玉庭采用日本Satio分離鯉魚蛋白的方法分離鰱鳙鳊鯽魚肉蛋白并分析其組成成分[23]。唐小丹采用化學方法從魚肉中分離出水溶性、鹽溶性和不溶性蛋白組分，并對其營養(yǎng)特性和分子量分布進行分析[24]。藍尉冰等將凡納濱對蝦肌肉蛋白分離成水溶性、鹽溶性和基質(zhì)蛋白[25]。

2 水產(chǎn)蛋白的改性

在開發(fā)水產(chǎn)蛋白質(zhì)資源以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求時，食品科學家逐漸認識到蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的重要性。然而，這些蛋白質(zhì)被應用于食品時所表現(xiàn)出來的功能性質(zhì)卻不能充分滿足食品加工的要求，因此，采用適當?shù)姆椒▽⑦@些蛋白質(zhì)改性，使它們能適合于更廣泛的應用，已成為開發(fā)和利用蛋白質(zhì)資源的重要研究課題。蛋白質(zhì)的改性就是基于結(jié)構(gòu)決定功能這一原理，利用各種外界因素使其氨基酸殘基和多肽鏈發(fā)生某種變化，引起蛋白質(zhì)大分子空間結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)發(fā)生改變，從而獲得具有較好功能特性和營養(yǎng)特性的蛋白質(zhì)[26]。目前常用的改性方法有物理改性法、化學改性法、酶法改性和基因工程改性。

2.1 物理改性

物理改性是利用熱、機械振蕩、電磁場、射線等物理作用形式改變蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和分子間的聚集方式，一般不涉及蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。蒸煮、擠壓、攪打等均屬于常規(guī)的物理改性技術(shù)，而微波、超聲波、超微粉碎、超臨界萃取、超高壓處理等這些高新物理技術(shù)在蛋白改性方面應用越來越多。實際上，物理改性就是在控制條件下的蛋白質(zhì)定向變性，無毒副作用，對蛋白營養(yǎng)價值破壞小。胡愛軍等以鰱魚魚肉為原料，研究了超聲波、微波、加熱處理對鰱魚魚肉蛋白乳化性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波和微波技術(shù)對鰱魚蛋白乳化性較小[27]。陸海霞等研究了超高壓對秘魯魷魚凝膠特性的影響，發(fā)現(xiàn)超高壓具有促進凝膠形成和改善凝膠特性的作用[28]。

2.2 化學改性

化學改性是通過化學試劑作用于蛋白質(zhì)，使部分肽鍵斷裂或引入各種功能基團如親水親油基團、二硫基團、帶負電荷基團等，利用蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團的化學活性，選擇地將某些基團轉(zhuǎn)化為衍生物，以此來達到改變蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的目的。蛋白質(zhì)的化學改性方法主要包括磷酸化改性、酸堿處理、酞基化改性、去酞胺改性、糖基化改性、烷基化改性。下面就應用較多的化學改性方面進行總結(jié)。

2.2.1 糖基化作用。

蛋白質(zhì)的非酶糖基化是通過糖和蛋白質(zhì)的α-或氨基共價連接而形成糖基化蛋白的過程，可分為干法糖基化和濕法糖基化。近年來，國內(nèi)外學者主要研究了糖種類、糖蛋白比例、反應時間等因素對蛋白糖基化的影響。如張愛榮等利用葡萄糖和乳糖等還原性糖與肌原纖維蛋白通過糖基化反應得到了良好功能特性的糖蛋白復合物[29-30]；Saeki等也成功地將還原性糖與肌原纖維蛋白結(jié)合制得了較好溶解性的糖蛋白復合物[31-32]；2003年Sato等進一步發(fā)現(xiàn)肌原纖維蛋白與海藻多糖通過美拉德反應后可以增強其熱穩(wěn)定性和乳化特性等功能特性[33]。2007年Hirofumi等將糖基化技術(shù)運用到冰凍大馬哈魚魚肉蛋白結(jié)合海藻多糖以增強其溶解性的可行性研究上[34]。尤娟等為改善鰱魚肌原纖維蛋白溶解性和乳化性等功能特性，將鰱魚肌原纖維蛋白與低聚異麥芽糖進行糖基化作用[35]。陳欣用葡萄糖、乳糖、葡聚糖、殼聚糖和羧甲基纖維素鈉作為糖基供體對羅非魚肌原纖維蛋白糖基化研究，探討糖種類對其功能特性的影響[36]。Fujiwara等以葡聚糖為糖基供體對鯉魚肌原維蛋白進行糖基化改性[37]。

2.2.2 磷酸化作用。

蛋白質(zhì)的磷酸化作用是無機磷酸與蛋白質(zhì)上特定的氧原子（Ser、Thr、Tyr 的-OH）或氮原子（Lys的氨基、Arg的胍基末端N）作用形成C-O-Pi 或C- N- Pi 的酯化反應。蛋白質(zhì)的磷酸化改性可通過化學方法或酶法得以實現(xiàn)。常用的磷酸化試劑有化學磷酸化試劑和蛋白激酶。化學磷酸化試劑有磷酰氯（POCl3）、磷酸、三聚磷酸鈉（STP）等，其中大規(guī)模應用于工業(yè)生產(chǎn)的為POCl3、STP；蛋白激酶有依賴于CAMP 激活的蛋白激酶（CAMPdPK）、酪蛋白激酶（CK-）。磷酸化改性蛋白的研究主要集中在大豆蛋白、花生蛋白和小麥面筋蛋白等，對水產(chǎn)蛋白的研究較少。如劉通訊等研究了低值魚蛋白磷酸化改性對酶解的影響[38]。

2.2.3 氨基酸共價連接。

共價連接氨基酸是一種提高蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值和功能性質(zhì)的方法。利用異肽鍵的形成可以將外源氨基酸導入蛋白質(zhì)中。將蛋氨酸或半胱氨酸與蛋白質(zhì)共價連接，所形成的異肽可被腸道氨肽酶水解。因此這種結(jié)合可用于蛋白質(zhì)氨基酸富集[39]。

2.2.4 蛋白質(zhì)共價交聯(lián)作用。

人為地將交聯(lián)鍵引入食品中，可以改善蛋白質(zhì)的功能特性。轉(zhuǎn)谷酰胺酶（TGase）是一種催化?；D(zhuǎn)移反應的轉(zhuǎn)移酶，劉俊榮等研究了以羅非魚肌肉蛋白在轉(zhuǎn)谷酰胺酶作用下蛋白凝膠強度的變化，促進蛋白的凝膠化[16]。

2.3 酶法改性

酶法改性通常是蛋白酶的有限水解，改性的程度與加酶量、底物濃度、水解時間等因素密切相關(guān)。按照酶解程度和酶解產(chǎn)物分子量分布可分為輕度酶解和深度酶解。深度酶解常用于生產(chǎn)一些功能性小肽和氨基酸，輕度酶解即限制性酶解，主要生產(chǎn)具有良好加工特性的功能性蛋白。Gbogouri等用Alcalase（R）蛋白酶水解三文魚，結(jié)果表明水解度越高，溶解性越好[40]。Quaglia等研究比較沙丁魚的水解產(chǎn)物與本身蛋白的溶解性，也表明酶解能顯著提高溶解性[41]。Sathivel等對紅鮭魚進行酶解試驗，研究表明酶解程度加深，溶解性增加，水解度在一定程度上，產(chǎn)物的乳化性最好[42]。楊東等研究鰱魚水解蛋白同樣表明一定程度的酶解提高乳化性，水解度增加反而降低乳化性[43]。戴志遠等采用酶法水解小梅魚可得到較高的水解度，改善了產(chǎn)品風味，且有較高的營養(yǎng)價值，為開發(fā)低值魚資源提供良好的應用前景[44]。鄧尚貴等研究了青鱗魚蛋白復合酶控制水解產(chǎn)物的功能特性，結(jié)果表明，復合酶控制水解能夠顯著地改善水解物的溶解性、乳化活力及起泡性能[45]。

2.4 基因工程改性

基因工程改性是指應用植物育種和分子技術(shù)，改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，進而影響其功能性質(zhì)的方法。廣義的基因工程改性包括基因重組、基因突變和染色體變異；狹義的基因工程改性則是指基因的定點修飾。但由于該技術(shù)周期長、見效慢，目前仍處于實驗室階段。

42卷11期 張晶晶等 水產(chǎn)蛋白的提取及其改性研究進展

3 小結(jié)

在水產(chǎn)蛋白的提取方法的研究中，熱水浸提、酶法和酸堿調(diào)節(jié)法主要應用于魚蛋白的提取及其功能特性的研究，而蝦類和貝類蛋白的提取研究近年集中于磷酸鹽緩沖液提取各組分蛋白。作為傳統(tǒng)方法的水浸提和酶法，能較好地提取水產(chǎn)蛋白，但酶法無法用于水產(chǎn)蛋白基本組成的分析，復合緩沖液就可以根據(jù)溶解性差異提取水產(chǎn)蛋白并分析水產(chǎn)蛋白的組成，為水產(chǎn)蛋白資源的利用提供理論依據(jù)。酸堿調(diào)節(jié)法大多數(shù)應用于全蛋白或分離蛋白的提取，蛋白質(zhì)得率較高，蛋白質(zhì)功能特性相對較好。酶法或化學法改性蛋白質(zhì)，是提高其功能特性的重要途徑。在改變結(jié)構(gòu)和功能性方面，化學法比酶法更有效；但酶法改性和物理改性的安全性優(yōu)于化學改性，現(xiàn)已逐步應用于實際生產(chǎn)。隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，酶品種及食用級酶也將大增，微囊包埋酶、固定化酶等技術(shù)的開發(fā)，使酶改性水產(chǎn)蛋白在食品工業(yè)中應用有很好的前景。

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